Всем известна система GPS (Global Positioning System), которая определяет координаты с точностью до 10-15 м. При данном способе локализации объекта используются 24 спутника и 2 частоты сигнала. Однако в некоторых случаях точность в несколько десятков метров бывает неоправданной роскошью. Например, это является излишним для определения путей миграций диких животных, в частности, перелетных птиц. Еще в конце 80-х годов прошлого столетия был разработан эффективный метод слежения за птицами при помощи спутника, более простой и дешевый по сравнению GPS.

Некоторые птицы в течение своей жизни преодолевают тысячи километров во время перелетов. Например, молодые альбатросы летают над морями лет пять-семь, не возвращаясь на сушу. Большинство видов орлов проводят по полгода вне гнездований, мигрируя до места зимовки. Причем до настоящего времени поведение орлов во время миграций оставалось малоизученным. Методы кольцевания, отслеживания радаром, наблюдения в местах концентрации не давали информации о точном курсе миграции, местах остановок, скорости полета и поведении птиц.
Однако эта достаточно интересная и важная информация имеет не только научное, но и практиче­ское значение. С одной стороны, птицы являются объектом орнитологического исследования. С другой – изучение их миграции важно для обеспечения государственной безопасности: в век неразрешенных военных конфликтов птица может быть использована злоумышленниками как переносчик инфекционных заболеваний, то есть как бактереологическое оружие. Также известны случаи авиакатастроф, причиной которых были столкновения с крупными птицами. Как показал опыт, птица размером с утку пробивает пуленепробиваемое стекло толщиной в три сантиметра, что эквивалентно давлению в 300 тысяч атмосфер. Этот факт породил во время Второй Мировой войны фантастическую идею создания пернатых «бомб».
Для определения траектории перелетных птиц используются достаточно приемлемые в цене системы спутниковой телеметрии. К птице прикрепляют передатчик, который испускает сигнал в УКВ-диапазоне. Этот сигнал ловит спутник и передает на обрабатывающий информацию центр. Там, учитывая допплеровский сдвиг частоты, вычисляется значение координат птицы с точностью до 150-300 м.
Спутниковый мониторинг осуществляется трансляционной системой сбора данных Argos. Программой Argos совместно руководят NOAA (Na­tional Oceanic and Atmos­pheric Administration) и французское агенство по космосу (Centre National d’Etudes Spatiales, CNES). В этой программе работают 4 спутника, которые обеспечивают глобальное покрытие Земли. В настоящее время действует 8000 передатчиков Argos.
Передатчик испускает сигнал на частоте 401.650 МГц ± 4кГц. Частота должна быть стабильной, так как Argos-вычисление координат основывается на допплеровском эффекте. Сообщения посылаются через каждые 65 секунд. Сообщение передатчика включает в себя предварительно синхронизованную последовательность, значение длины сообщения, идентификационный номер передатчика и информацию сенсора.
Сигналы принимаются Argos-оборудованием на полярно-орбитальные спутники для научных исследований NOAA, которые находятся на высоте 850 км. Причем на орбитах находится не менее 2 спутников. Спутники, принимающие информацию с передатчиков, транслируют ее на Землю в реальном времени на многочисленные станции. Там они записываются на кассеты и передаются на главные вычислительные центры. Глобальные вычислительные центры в Ландовере (США) и Тулузе (Франция) обрабатывают всю информацию с принимающих станций. Каждый центр может возвратить сообщение об ошибке.
Спутники видят Северный и Южный полюсы при каждом орбитальном обороте. Орбита спутников солнечно-синхронная, т.е. каждые сутки спутник проходит над любой территорией примерно в одно и тоже местное время. Орбиты проходят вблизи полюсов Земли, и с учетом широкой полосы обзора это гарантирует видимость любого участка поверхности не менее 4 раз в сутки с каждого спутника.
Спутник может получить 10 сообщений с передатчика. Передатчик локализуется по всем сообщениям, полученным в течение одного прохода спутника. Каждый раз спутником принимается сообщение с передатчика, измеряется частота и время прибытия. Координата вычисляется по допплеровскому сдвигу частоты передатчика. Когда спутник приближается к передатчику, принимаемая частота получается выше, чем в реальности, и наоборот. По изменению частоты вычисляется путь, проходимый сигналом за время t. Argos-вычислительный центр оценивает возможное местонахождение передатчика. На точность оценки влияет стабильность частоты передатчика, неоднородности в среде, которые могут изменить скорость прохождения сигнала и его мощность. Так, в туманные дни сообщения с передатчиков не поступают к исследователям.
По крайней мере, два сообщения должны быть приняты при проходе спутника. Точность определения координаты связана с числом принятых импульсов. В лучшем случае ошибка составляет 150 м. Для уменьшения ошибки передатчик можно комбинировать с системой GPS, когда это оправданно.
В GPS-системе сигнал излучается на двух частотах: L1 и L2. Сравнение времени прихода сигналов на частотах L1 и L2 позволяет вычислять дополнительную задержку, возникающую при прохождении радиоволн через ионосферу, что значительно повышает точность измерений навигационных данных.
При производстве передатчиков большое внимание уделяют стабильности частоты. Другая техническая проблема – это вес передатчика и продолжительность его работы. Эти характеристики взаимосвязаны, однако даже для крупной птицы передатчик должен быть не больше 170 г, а время действия одного передатчика составляет чуть больше года. Решение – подзарядка передатчиков при помощи солнечных батарей, программируемые передатчики или работающие лишь во время миграций. В ближайшем будущем представляется возможным создание передатчиков с обычными батареями весом 15 г, что открывает новые горизонты в изучении миграций мелких птиц.
Иркутский орнитолог В.В. Рябцев применил систему спутниковой телеметрии Argos для изучения миграций орла-могильника, гнездящегося на Байкале. Ученый исследовал причины резкого сокращения численности этих птиц. В августе 1998 году в Приольхоне Рябцев прикрепил эти приборы к двум полностью оперившимся птенцам, которые еще находились в гнезде. Спутниковое слежение дало возможность проследить путь птиц: орлы пересекли горные хребты Хамар-Дабана высотой 2200 м, достигли южных границ Китая и остались там на зимовку.
Этот пример – лишь малая часть обширного применения системы спутникого телеметрии Argos. Программа исследований при помощи системы Argos расписана до 2010 года. Причем они установлены не только на животных дикой природы для наблюдения их миграций (в частности, птицах), но и на кораблях, буях в открытом море (с чувствительными датчиками для измерения температуры) и других движущихся объектах. Данный способ вычисления координат является достойной альтернативой системе GPS, если нет необходимости в предельной точности определения местонахождения объекта.
Таким образом, спутниковая телеметрия открывает новые возможности исследователям дикой природы, являясь недорогим и достаточно точным инструментом определения координат и передачи качественных параметров объекта.

Елизавета Константинова